Pagrindinis parametras, turintis įtakos šviesos diodo veikimo trukmei, yra elektros srovė, kurios vertė griežtai reglamentuojama kiekvienam šviesos diodo elemento tipui. Vienas iš įprastų būdų apriboti didžiausią srovę - naudoti ribojantį rezistorių. Šviesos diodo rezistorių galima apskaičiuoti be sudėtingų skaičiavimų pagal Omo dėsnį, naudojant technines diodo vertes ir grandinės įtampą.
Turinys
LED jungties ypatybės
Šviesą skleidžiantys elementai veikia tuo pačiu principu kaip ir lygintuviniai diodai, tačiau turi savitų savybių. Svarbiausi iš jų yra šie:
- Itin neigiamas jautrumas atvirkštinio poliškumo įtampoms. Netinkamo poliariškumo šviesos diodas grandinėje sugenda beveik akimirksniu.
- Siauras leistinos darbinės srovės per p-n sandūrą diapazonas.
- Sujungimo varžos priklausomybė nuo temperatūros, būdinga daugumai puslaidininkinių elementų.
Pastarąjį punktą reikėtų aptarti išsamiau, nes jis yra pagrindinis apskaičiuojant gesinimo varžą. Spinduliuojančiųjų elementų dokumentuose nurodomas leistinas vardinės srovės diapazonas, kuriame jie išlaiko savo charakteristikas ir užtikrina nurodytas spinduliavimo charakteristikas. Nepakankamas vertės įvertinimas nėra pražūtingas, tačiau dėl to šiek tiek sumažės ryškumas. Nuo tam tikros ribinės vertės srovės srautas per sandūrą sustos ir liuminescencija nebebus juntama.
Viršijus srovę, iš pradžių padidėja šviesis, tačiau drastiškai sutrumpėja gyvavimo trukmė. Dar labiau padidėjus, elementas sugenda. Taigi, parenkant šviesos diodui rezistorių, siekiama apriboti didžiausią leistiną srovę blogiausiomis sąlygomis.
Įtampą puslaidininkio sandūroje riboja sandūroje vykstantys fizikiniai procesai ir ji yra siaurame maždaug 1-2 V intervale. Dažnai automobiliuose montuojamuose 12 V šviesos dioduose gali būti nuosekliai sujungtų elementų grandinė arba ribojimo grandinė.
Kam reikalingas šviesos diodo rezistorius?
Šviesos diodo įjungimas naudojant ribojantį rezistorių nėra pats efektyviausias, tačiau paprasčiausias ir pigiausias sprendimas apriboti srovę leistinose ribose. Gana sudėtinga atkurti grandinės sprendimus, kuriais galima labai tiksliai stabilizuoti srovę emiterio grandinėje, o gatavi sprendimai yra labai brangūs.
Naudojant rezistorius, apšvietimą ir apšvietimą galima atlikti pačioje įmonėje. Svarbiausia mokėti naudotis matavimo prietaisais ir turėti minimalius litavimo įgūdžius. Gerai suprojektuotas ribotuvas, atsižvelgiant į galimus nuokrypius ir temperatūros svyravimus, užtikrins, kad šviesos diodai tinkamai veiktų visą nustatytą tarnavimo laiką, o išlaidos būtų minimalios.
Lygiagretus ir nuoseklus šviesos diodų jungimas
Siekiant suderinti maitinimo grandinių parametrus ir šviesos diodų veikimą, plačiai paplitęs nuoseklusis ir lygiagretusis kelių elementų jungimas. Kiekvienas jungties tipas turi privalumų ir trūkumų.
Lygiagretus sujungimas
Šio tipo jungties privalumas - kiekvienoje grandinėje naudojamas tik vienas ribotuvas. Reikėtų pažymėti, kad šis privalumas yra vienintelis, todėl lygiagretus jungimas beveik nepasitaiko, išskyrus žemos kokybės pramoninius gaminius. Trūkumai yra šie:
- Ribojančio elemento išsklaidoma galia didėja proporcingai lygiagrečiai sujungtų šviesos diodų skaičiui.
- Dėl elementų parametrų skirtumų srovė pasiskirsto netolygiai.
- Vieno iš spindulių skleidėjų perdegimas sukelia lavininį visų kitų gedimą dėl padidėjusio įtampos kritimo lygiagrečiai sujungtoje grupėje.
Jungtis, kurioje srovę per kiekvieną spinduliuojantį elementą riboja atskiras rezistorius, šiek tiek padidina našumą. Tiksliau, tai lygiagretus atskirų grandinių, sudarytų iš šviesos diodų su ribiniais rezistoriais, sujungimas. Pagrindinis privalumas - didesnis patikimumas, nes vieno ar kelių elementų gedimas neturi įtakos kitų elementų veikimui.
Trūkumas yra tas, kad atskirų elementų ryškumas gali labai skirtis dėl šviesos diodų skirtumų ir technologinio atsparumo tolerancijos. Tokioje grandinėje yra daug radijo elementų.
Lygiagretusis jungimas su atskirais ribotuvais naudojamas žemos įtampos grandinėse, pradedant nuo minimalaus įtampos kritimo per p-n sandūrą.
Serijos jungtis
Serijinis spinduliuojančiųjų elementų jungimas tapo plačiausiai naudojamu, nes akivaizdus nuosekliosios grandinės privalumas - absoliuti srovės, tekančios per kiekvieną elementą, lygybė. Kadangi srovė per vieną galinį rezistorių ir per diodą yra vienoda, išsklaidoma galia bus minimali.
Didelis trūkumas - sugedus nors vienam elementui, neveikia visa grandinė. Serijiniam sujungimui reikia didesnės įtampos, kurios mažiausia vertė didėja proporcingai sujungtų elementų skaičiui.
Mišrus režimas
Naudoti daug spinduolių galima sudarant mišrią jungtį, naudojant kelias lygiagrečias grandines ir nuosekliai sujungiant vieną ribinį rezistorių ir kelis šviesos diodus.
Perdegus vienam iš elementų, neveiks tik viena grandinė, kurioje įrengtas elementas. Kiti veiks tinkamai.
Rezistorių skaičiavimo formulės
Šviesos diodų rezistoriaus varža apskaičiuojama pagal Omo dėsnį. Įvesties parametrai, kaip apskaičiuoti šviesos diodo varžą, yra šie:
- grandinės įtampa;
- šviesos diodo darbinė srovė;
- yra įtampos kritimas spinduliuojančiame diode (šviesos diodo maitinimo įtampa).
Varžos vertė nustatoma pagal išraišką:
R = U/I,
kur U yra įtampos kritimas rezistoriuje, o I - nuolatinė srovė per šviesos diodą.
Įtampos kritimas šviesos diodui nustatomas pagal šią išraišką:
U = Upit - Usv,
kur Upit - grandinės įtampa, o Uc - vardinis įtampos kritimas per spinduliuojantįjį diodą.
Apskaičiavus rezistoriaus šviesos diodą, gaunama varžos vertė, kuri nepatenka į standartinį verčių intervalą. Paimkite rezistorių, kurio varža yra artimiausia apskaičiuotai vertei, iš didesnės pusės. Taip atsižvelgiama į galimą įtampos padidėjimą. Geriau imti kitą varžos eilės vertę. Tai šiek tiek sumažins srovę per diodą ir sumažins švytėjimo ryškumą, tačiau panaikins bet kokius maitinimo įtampos ir diodo varžos pokyčius (pvz., dėl temperatūros pokyčių).
Prieš parenkant varžos vertę, pagal formulę reikia įvertinti galimą srovės ir ryškumo sumažėjimą, palyginti su nustatyta verte:
(R - Rst)R-100%.
Jei gauta vertė yra mažesnė nei 5 %, turėtumėte naudoti didesnę varžą, jei nuo 5 iki 10 %, galite apsiriboti mažesne varža.
Ne mažiau svarbus parametras, turintis įtakos veikimo patikimumui, yra srovę ribojančio elemento išsklaidoma galia. Srovė, tekanti per rezistoriaus sekciją, ją kaitina. Išsklaidomai galiai nustatyti naudojama formulė:
P = U-U/R
Naudojamas ribinis rezistorius, kurio leistina išsklaidoma galia viršija apskaičiuotąją vertę.
Pavyzdys:
Šviesos diodo įtampos kritimas yra 1,7 V, o vardinė srovė - 20 mA. Jis turi būti prijungtas prie 12 V grandinės.
Įtampos kritimas ribiniame rezistoriuje yra:
U = 12 - 1,7 = 10,3 V
Rezistoriaus varža:
R = 10,3/0,02 = 515 omų.
Artimiausia didesnė standartinio diapazono vertė yra 560 omų. Esant tokiai vertei, srovės kritimas nuo etalono yra šiek tiek mažesnis nei 10 %, todėl didesnės vertės imti nereikia.
Išsklaidoma galia vatais:
P = 10,3-10,3/560 = 0,19 W
Todėl šioje grandinėje galima naudoti elementą, kurio leistina išsklaidoma galia yra 0,25 W.
LED juostelių laidai
LED juostelės gali būti skirtingų maitinimo įtampų. Juostoje yra nuosekliai sujungta diodų grandinė. Diodų skaičius ir galinių rezistorių varža priklauso nuo juostos maitinimo įtampos.
Dažniausiai pasitaikančios LED juostelės yra skirtos jungti prie 12 V įtampos grandinės. Čia taip pat galima naudoti aukštesnę darbinę įtampą. Norint teisingai apskaičiuoti rezistorius, reikia žinoti, kokia srovė teka per vieną juostos atkarpą.
Didėjant juostos ilgiui, proporcingai didėja srovė, nes minimalios atkarpos technologiškai sujungtos lygiagrečiai. Pavyzdžiui, jei mažiausias atkarpos ilgis yra 50 cm, tuomet 5 m ilgio juostos iš 10 tokių atkarpų srovės suvartojimas padidės 10 kartų.
Susiję straipsniai:
